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一、本课题设计（研究）的目的：

无功功率在电气技术领域是个必不可少的重要量。无功功率交换的规

律，即变化的磁场产生变化的电场，变化的电场产生变化的磁场。因此有磁场空间和

电场空间才能存在无功功率产生空间。正弦电路中，无功功率的概念有清楚的意

义，无功功率表示有能量的交换，但不存在功率消耗，其幅值可以作为能量交换的度

量。传统的无功功率概念一般指平均无功功率，是电路中储能元件与电源间交换功率

的最大值，也是储能元件与电源间交换功率的一种度量。而非正弦电路中，无功功率

的概念却非常抽象，而且至今为止未获得公认的无功功率定义。所以，在非正弦电路

中，对于平均无功功率的定义主要有两种学派：一种学派是根据Fryze的定义，采用

时域分析法，另一种学派是根据Budeanu的定义，采用频域分析法。近年，又有广义

平均无功功率、瞬时无功功率和广义瞬时无功功率等概念。

伴随我国电力行业的发展，大范围高压输电网络基本形成，所以对无功功率

的要求也越来越来严格。无功功率与有功功率一样，是保证电力系统电能质量、降低

损耗及保证电网安全运行不可缺少的部分。无功功率不平衡将会导致电力系统电压

的波动，严重的将导致电力设备的损坏，甚至系统。

无功功率对于电力系统是十分重要的，研究无功功率的主要目的有：①、解

决无功功率静态稳定；②、解决容性无功功率引起的发电机自励磁问题；③、解决冲

击性无功负荷的调节问题；④、解决无功功率中的高次谐波危害和闪变问题；⑤、解

决因潜供电流引起的单相自动重合闸电弧不能熄灭问题；⑥、提高电力系统的功率因

数问题。⑦、研究无功补偿以达到更好的节能效果；⑧、研究无功补偿以保证电能质

量，促进电力系统安全稳定运行。

电力系统网络中大多数负荷要消耗无功功率，大多数网络部件也要消耗无功

功率，电力系统中负荷和网络部件消耗的无功功率必然要从网络的某个地方取得，如

果所需的无功功率是发电机提供就要经过远距离的传输，显然不合理，通常也不这样

做；如果所需的无功功率不的得到补偿，则电力系统的安全运行及用电设备的

安全将会收到不同程度的危害。因此，研究无功功率补偿对于电力系统有着极其重要

的意义，概括起来有：①、稳定受电侧及电网的电压，提高供电质量；②、改善系统

的稳定性，提高输电能力，并提供一定的系统阻尼；③、减少线路损耗，提高电网的

有功传输能力；④、降低设备发热，延长设备，改善设备的利用率；⑤、避免系

统电压和稳定破坏事故，提高运行安全性；⑥、提高供用电系统及负荷的功率因

数，减小功率损耗；⑦、提高发电机的有功输出能力；⑧、降低电网的功率损耗，提

高变压器的输出功率及运行经济效益；[1]

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：

自从电力系统的诞生之日起，并联补偿技术就开始在电力系统中应用，同步发电

机可以看作是最早的并联补偿装置。随着电力系统的发展，各种并联补偿装置不断出

现，例如采用机械投切的电抗器和电容器对系统进行无功功率补偿，改善系统的电压

水平；其后，由于机械投切电容或电抗器会造成较大的冲击，人们开始在负荷安

装同步调相机，调相机可以平滑调节无功功率，而且既可以吸收也可以发出无功功

率，因此具有较强的补偿控制功能，对调节负荷的无功功率平衡和维持负荷

的电压水平正常有重要的作用。但是，由于电力系统发电、输电、配电与用电必须同

时完成，系统始终要处于动态的平衡状态，电力系统瞬时的不平衡可能导致安全稳定

问题，因此要求并联补偿装置具有快速的响应，需时刻同步进行无功补偿，如达到周

波级的响应速度（20ms），才能用于处理系统的问题。由于机械投切装置惯性大，动

作时间在秒级，满足不了电力系统对快速性的要求，即不能时刻进行同步的无功补

偿。

随着大功率电力电子技术的发展，采用高压大容量快速的电子开关代替机

械开关已经成为趋势。因此，在20世纪70